煤制氣中含有一定量的氫氣,氫致脆化成為高壓煤制氣輸送管線特別是高強度管線鋼焊接接頭部位的潛在安全隱患。采用試驗研究和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對煤制氣管線X80鋼焊接接頭的氫致脆化敏感性和機理進行了系統(tǒng)的研究。采用高壓氣相氫滲透試驗裝置研究了焊接接頭各區(qū)在煤制氣環(huán)境中的氫滲透行為,并通過環(huán)境慢應(yīng)變速率拉伸試驗考察了氫滲透對材料氫致脆化的影響。研究發(fā)現(xiàn),氫致脆化的程度取決于材料自身的組織特征以及氫擴散系數(shù)和吸附氫濃度。與接頭其它區(qū)域的組織相比,粗晶區(qū)粗大的粒狀貝氏體組織對氫致脆化更敏感,氫致脆化系數(shù)高達34.56%,而其它區(qū)域最高不超過25%。慢應(yīng)變速率拉伸過程中,聚集在位錯處的氫能夠降低材料的塑性變形能力,其作用程度受氫濃度的影響,而氫擴散系數(shù)會直接影響氫向位錯處的聚集速度。與接頭其它區(qū)域相比,粗晶區(qū)的氫擴散系數(shù)最高,即氫向位錯區(qū)聚集的速度最快。綜合組織和氫擴散參數(shù)的影響,粗晶區(qū)的氫致脆化程度最高。采用數(shù)值模擬方法研究了焊接殘余應(yīng)力和組織不均勻耦合作用對接頭氫富集程度的影響,并采用等效充氫壓力研究了殘余應(yīng)力所致氫富集對氫致脆化程度的影響。在考慮殘余應(yīng)力的作用下,接頭各區(qū)均出現(xiàn)明顯的氫富集,... 

【文章頁數(shù)】：149 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 課題的背景及意義
    1.2 煤制氣產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及潛在問題
        1.2.1 我國天然氣資源緊缺
        1.2.2 煤制氣的發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.3 煤制氣運輸安全
    1.3 天然氣長輸管線的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀
        1.3.1 天然氣管線的發(fā)展歷程
        1.3.2 高強度管線鋼在天然氣輸送中的應(yīng)用
        1.3.3 煤制氣管線的氫致脆化隱患問題
    1.4 鋼的氫致失效及研究現(xiàn)狀
        1.4.1 失效機理
        1.4.2 研究方法及研究現(xiàn)狀
        1.4.3 臨氫管線氫致脆化的影響因素
    1.5 存在問題及研究內(nèi)容
        1.5.1 存在問題
        1.5.2 主要研究內(nèi)容
第二章 試驗材料與方法
    2.1 試驗材料
    2.2 焊接熱循環(huán)測量及熱模擬試樣的制備
    2.3 顯微組織分析
        2.3.1 金相（OM）觀察
        2.3.2 透射電鏡（TEM）觀察
        2.3.3 電子背散射衍射（EBSD）分析
    2.4 氫滲透試驗
        2.4.1 試驗裝置設(shè)計
        2.4.2 氫滲透試驗方法
        2.4.3 氫擴散系數(shù)的精確算法
        2.4.4 試樣厚度的選擇
        2.4.5 模擬煤制氣組分對氫滲透的影響
    2.5 SSRT試驗
        2.5.1 試驗方法
        2.5.2 預(yù)充氫時間
    2.6 本章小結(jié)
第三章 接頭組織對管線氫滲透及氫致脆化的影響
    3.1 X80鋼焊接接頭各區(qū)在模擬煤制氣中的氫滲透參數(shù)
        3.1.1 氫滲透曲線
        3.1.2 氫滲透參數(shù)
    3.2 接頭各區(qū)組織差異對氫致脆化敏感性的影響
        3.2.1 煤制氣環(huán)境對管線力學(xué)性能的影響
        3.2.2 煤制氣環(huán)境對斷裂形式的影響
    3.3 接頭組織對氫滲透和氫致脆化的影響機理分析
        3.3.1 接頭顯微組織
        3.3.2 組織結(jié)構(gòu)影響氫滲透和氫致脆化的機理
    3.4 本章小結(jié)
第四章 接頭殘余應(yīng)力對氫富集及氫致脆化的影響
    4.1 接頭殘余應(yīng)力場分析
        4.1.1 幾何模型構(gòu)建
        4.1.2 X80鋼高溫性能參數(shù)
        4.1.3 焊接溫度場校核
        4.1.4 接頭殘余應(yīng)力場計算結(jié)果及分析
    4.2 接頭氫擴散動力學(xué)模擬
        4.2.1 理論基礎(chǔ)
        4.2.2 氫擴散結(jié)果及分析
    4.3 殘余應(yīng)力所致氫富集對氫致脆化敏感性的影響
        4.3.1 等效充氫壓力
        4.3.2 氫富集對焊接接頭各區(qū)力學(xué)性能的影響
        4.3.3 氫富集對斷裂形式的影響
        4.3.4 殘余應(yīng)力誘導(dǎo)氫富集的機理
    4.4 本章小結(jié)
第五章 氫分壓對氫致脆化的影響及脆化機理研究
    5.1 氫分壓對材料氫致脆化敏感性的影響
        5.1.1 氫分壓對力學(xué)性能的影響
        5.1.2 氫分壓對斷口形貌的影響
    5.2 吸附氫濃度對氫致脆化敏感性的影響
        5.2.1 變壓力充氫條件下的氫滲透試驗
        5.2.2 吸附氫濃度對氫致脆化敏感性的影響
    5.3 氫致脆化機理分析
        5.3.1 拉伸載荷對吸附氫濃度的影響
        5.3.2 斷裂機理分析
    5.4 本章小結(jié)
第六章 碳酸亞鐵膜對氫致脆化的影響及氫滲透模型解析
    6.1 碳酸亞鐵膜對管線氫致脆化敏感性的影響
        6.1.1 試驗環(huán)境
        6.1.2 碳酸亞鐵膜的制備
        6.1.3 碳酸亞鐵膜-管線鋼體系下的氫致脆化敏感性
    6.2 氫在復(fù)合體系中的擴散模型
        6.2.1 碳酸亞鐵膜-鋼基體復(fù)合體系中的氫擴散模型
        6.2.2 氫在表面帶氧化膜鋼中的擴散模型
    6.3 碳酸亞鐵膜對氫致脆化敏感性的影響機理
        6.3.1 帶產(chǎn)物膜試樣的氫滲透行為
        6.3.2 碳酸亞鐵膜缺陷對氫滲透的影響
        6.3.3 碳酸亞鐵膜對氫致脆化敏感性的影響機理
    6.4 本章小結(jié)
第七章 結(jié)論
展望
參考文獻
攻讀博士期間取得的研究成果
致謝
作者簡介


【參考文獻】：
期刊論文
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[8]45號鋼在硫化氫水溶液中的腐蝕行為[J]. 翟建明,李曉陽,吳明耀,張亦良.  腐蝕與防護. 2013(11)
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博士論文
[1]熱浸鍍鋼材在海水中的氫滲透行為及其對材料力學(xué)性能的影響[D]. 唐曉.中國科學(xué)院研究生院（海洋研究所） 2006

碩士論文
[1]X100高鋼級管線鋼研發(fā)[D]. 彭玲利.重慶大學(xué) 2010
[2]硫化氫對石油管線鋼應(yīng)力腐蝕開裂和氫滲透行為的影響[D]. 楊洲.中國科學(xué)院研究生院（海洋研究所） 2004



本文編號：3716416